中国露天矿山开采工艺技术与装备现状和未来.doc

1、中国露天矿山开采工艺技术与装备现状和未来余 斌 吴 鹏 北京矿冶研究总院改革开放以来，我国经济步入了快速发展的轨道，矿业开发迎来了前所未有的发展机遇，矿山开采规模得到了突飞猛进的发展。截至目前，我国已建成了各类金属矿山达 1.2 万余座，建成和即将建成的铁矿石年生产能力300 万 t 以上的矿山有 34 座，其中 2002 年以后在建、新建和改扩建矿山就达 16 座，其产能近 1 亿 t。随着投资的增加，采矿规模迅速扩大，采矿技术得到快速发展，装备水平逐步提高，有力地促进了采矿业的发展。采矿技术的高效化和实用化国 内 露 天 矿 采 剥 方 法 与 国 外 进 展 大 致 相 同 。 多 为

2、陡 帮 开 采 ， 如 组 合 台 阶开 采 ， 高 台 阶 、 倾 斜 分 条 开 采 以 及 横 采 横 扩 等 。 同 时 采 用 分 期 开 采 、 分 区 开采 ， 尽 可 能 地 缩 短 建 设 周 期 ， 提 高 了 矿 山 企 业 的 经 济 效 益 。采 矿 工 艺 连 续 化 半 连 续 化 。 目 前 国 内 外 已 有 一 部 分 矿 山 进 行 连 续 或 半 连续 开 采 。 随 着 露 天 矿 开 采 向 深 部 发 展 ， 该 工 艺 的 意 义 日 渐 突 出 。 20 世 纪 80年 代 开 始 ， 我 国 先 后 在 大 孤 山 、 东 鞍 山 、 石 人

3、 沟 及 水 厂 等 铁 矿 应 用 间 断 连续 开 采 工 艺 。 1997 年 ， 齐 大 山 铁 矿 通 过 引 进 大 型 可 移 动 式 破 碎 胶 带 运 输装 备 ， 建 成 了 采 场 内 可 移 动 式 矿 岩 破 碎 胶 带 运 输 系 统 ， 标 志 着 我 国 间 断 连 续 开 采 工 艺 已 进 入 世 界 先 进 水 平 。 目 前 国 外 有 些 矿 山 在 研 究 管 道 输 送 ，甚 至 是 集 装 箱 运 输 。 间 断 连 续 运 输 工 艺 表 现 了 其 卓 越 的 优 势 。可 移 式 破 碎 站 。 可 移 式 破 碎 站 是 汽 车 、 破

4、碎 机 和 胶 带 运 输 机 组 成 的 间 断连 续 运 输 工 艺 的 核 心 技 术 装 备 之 一 。 随 着 开 采 深 度 的 增 加 ， 破 碎 机 组 必 须随 时 快 速 移 动 ， 以 保 证 汽 车 始 终 处 于 最 佳 运 距 下 工 作 。 由 于 固 定 式 破 碎 机组 造 价 高 、 建 设 时 间 长 、 搬 迁 困 难 、 移 动 拆 装 工 作 量 大 、 费 用 高 ， 难 以 适应 采 矿 下 降 速 度 的 要 求 。 这 些 年 大 型 移 动 破 碎 机 组 的 研 制 与 开 发 取 得 了 迅速 发 展 。 国 外 大 型 露 天 矿 间

5、 断 连 续 运 输 也 多 采 用 可 移 式 破 碎 站 ， 如 美 国的 西 雅 里 塔 铜 钼 矿 ， 加 拿 大 的 兰 德 瓦 利 铜 矿 ， 澳 大 利 亚 的 纽 曼 山 铁 矿 ， 乌克 兰 的 中 部 采 选 公 司 1 号 露 天 矿 等 。 我 国 鞍 钢 齐 大 山 铁 矿 在 采 场 内 建 成 了 1套 矿 、 岩 可 移 式 破 碎 胶 带 运 输 系 统 ， 该 系 统 自 1997 年 投 产 后 一 直 运 转 正 常 。陡 坡 铁 路 运 输 。 这 种 运 输 方 法 充 分 利 用 现 有 的 铁 路 运 输 设 备 ， 提 高 铁 路运 输 线 路

6、 的 坡 度 ， 减 少 铁 路 展 线 长 度 ， 增 大 铁 路 运 输 可 能 达 到 的 采 深 ， 提高 矿 山 的 经 济 效 益 。 例 如 ： 萨 尔 拜 露 天 矿 、 索 克 洛 夫 露 天 矿 和 列 别 金 露 天矿 成 功 地 应 用 了 陡 坡 铁 路 (纵 坡 达 60)运 输 。 萨 尔 拜 露 天 矿 使 用 着 上 百 台粘 重 达 360t 的 直 流 牵 引 机 组 ， 年 运 量 上 亿 吨 。 萨 尔 拜 露 天 矿 目 前 的 实 际 采深 已 达 380m。 国 内 这 方 面 的 研 究 应 用 工 作 也 取 得 了 巨 大 进 展 。 马

7、鞍 山 矿 山研 究 院 和 攀 钢 矿 业 公 司 共 同 承 担 的 国 家 科 技 部 “十 五 ”重 点 科 技 攻 关 项 目 陡 坡 铁 路 运 输 系 统 研 究 ， 顺 利 完 成 了 40 45陡 坡 铁 路 工 业 试 验 ，150t 单 机 牵 引 和 150t 双 机 牵 引 试 验 ， 尤 其 是 224t 电 机 车 牵 引 试 验 都 取 得了 预 期 的 令 人 满 意 的 效 果 。 目 前 50 55坡 度 的 工 业 试 验 的 准 备 工 作 正在 紧 张 地 进 行 。振 动 给 矿 机 。 振 动 给 矿 机 在 深 凹 露 天 矿 山 汽 车 铁

8、路 联 合 运 输 系 统 中 得到 较 好 的 应 用 。 该 设 备 已 在 鞍 钢 眼 前 山 铁 矿 、 本 钢 歪 头 山 铁 矿 、 马 钢 南 山铁 矿 等 矿 山 建 成 投 产 。 2009 年 ， 由 马 鞍 山 矿 山 研 究 院 设 计 的 国 内 最 大 的 振动 给 矿 机 在 本 钢 南 芬 露 天 矿 建 成 并 通 过 验 收 ， 设 计 生 产 能 力 1000 万 t/a。该 项 技 术 不 仅 解 决 了 我 国 冶 金 深 凹 露 天 矿 山 汽 车 铁 路 联 合 运 输 系 统 的 转载 问 题 ， 而 且 节 省 了 矿 山 基 建 投 资 ，

9、降 低 了 转 载 成 本 ， 提 高 了 转 载 能 力 ，减 少 了 污 染 等 。汽 车 提 升 机 运 输 。 爆 破 后 的 矿 岩 经 采 装 设 备 装 载 到 运 输 设 备 (汽 车 或 其他 运 输 设 备 )上 ， 借 助 外 加 提 升 力 ， 经 过 工 作 面 道 路 和 斜 坡 提 升 线 路 将 其 提升 到 地 面 (或 卸 矿 点 ， 或 排 土 场 )， 实 现 了 短 距 离 运 输 。 德 国 西 马 格 特 兰 斯普 兰 公 司 应 用 了 该 项 成 果 。 该 技 术 特 别 适 合 短 深 型 露 天 矿 。环 保 问 题 应 得 到 重 视

10、。 露 天 矿 山 向 深 凹 发 展 ， 坑 内 空 气 质 量 将 越 来 越 差 。国 外 企 业 已 开 展 深 部 采 场 通 风 机 的 研 究 工 作 ， 提 出 了 轴 流 通 风 机 、 水 平 通风 机 ， 甚 至 采 用 直 升 飞 机 螺 旋 浆 式 的 通 风 方 案 。 露 天 矿 其 他 的 环 保 问 题 也将 逐 步 提 到 日 程 上 来 ， 并 有 望 得 到 较 好 的 解 决 方 案 。设 备 大 型 化 、 高 效 化我 国 矿 山 装 备 这 些 年 来 也 发 展 很 快 ， “十 五 ”、 “十 一 五 ”计 划 期 间 ，国 家 千 万 吨

11、级 设 备 的 攻 关 取 得 了 很 大 成 果 ， 自 行 开 发 和 合 作 生 产 的 设 备 得到 推 广 应 用 ； 国 外 不 少 先 进 设 备 ， 如 电 铲 、 汽 车 及 间 断 连 续 运 输 系 统 在 国内 得 到 应 用 ， 大 大 缩 小 了 我 国 与 世 界 上 先 进 水 平 的 差 距 。穿孔设备穿 孔 直 径 越 来 越 大 ， 穿 孔 深 度 逐 渐 加 深 。 国 内 大 型 矿 山 穿 孔 设 备 是 潜 孔钻 与 牙 轮 钻 共 存 ， 牙 轮 钻 比 例 较 高 (占 88%)， 钻 孔 直 径 以 250、 310mm 为 主 ，中 型 矿

12、 山 以 潜 孔 钻 为 主 ， 钻 孔 直 径 以 200mm 为 主 ； 国 外 普 遍 采 用 牙 轮 钻 ， 直径 大 多 为 310 380mm， 有 的 达 559mm， 孔 深 可 达 73m。 图 1 为 用 于 水 厂 铁 矿 、南 芬 铁 矿 、 齐 大 山 铁 矿 等 大 型 露 天 铁 矿 的 YZ55 型 牙 轮 钻 机 ， 钻 孔 直 径310mm。装载设备斗 容 量 不 断 增 加 。 国 外 液 压 电 铲 的 应 用 不 断 扩 大 (占 26%)， 机 械 电 动 铲仍 占 绝 对 优 势 (占 48%)。 斗 容 量 以 16.8 m3、 21 m3、 3

13、0 m3、 38 m3、 43m3为主 (20 世 纪 70 年 代 以 11.5m3和 13 m3为 主 )。 国 内 重 点 露 天 矿 山 主 要 以 电 铲为 主 ， 斗 容 量 一 般 为 4m3、 10m3、 16.8m3。 德 兴 铜 矿 2009 年 6 月 引 进 P&H 公司 19.5m3电 铲 ， 图 3 为 德 兴 铜 矿 引 进 的 19.5m3电 铲 和 180t 电 动 轮 汽 车 。2008 年 1 月 ， 国 内 首 台 55m3矿 用 WK55 型 电 铲 在 山 西 太 原 重 工 股 份 有 限 公司 成 功 下 线 ， 图 4 为 WK55 型 电 铲

14、 。运输设备露 天 矿 用 汽 车 。 露 天 矿 用 汽 车 的 吨 位 不 断 增 加 。 目 前 国 外 大 型 矿 山 ， 无论 是 液 力 机 械 传 动 的 、 还 是 交 流 驱 动 的 电 动 轮 汽 车 ， 其 载 重 量 大 多 为150t、 240t、 320t， 小 松 、 利 勃 海 尔 与 卡 特 公 司 目 前 已 研 制 出 装 载 质 量360t 的 汽 车 。 我 国 大 型 露 天 矿 山 汽 车 的 最 大 装 载 质 量 也 达 到 120t、 170t。首 钢 重 型 汽 车 制 造 厂 生 产 的 装 载 质 量 170t 的 电 动 轮 汽 车

15、已 在 水 厂 铁 矿 投 入现 场 试 用 ， 并 在 继 续 研 制 220t 以 及 以 上 级 别 电 动 轮 汽 车 。 湘 电 集 团 有 限 公司 新 研 制 的 220t 电 动 轮 汽 车 已 经 下 线 ， 同 时 正 在 研 制 交 流 传 动 的 大 吨 位 电动 轮 汽 车 。 利 勃 海 尔 采 矿 设 备 公 司 于 1998 年 月 成 功 地 研 制 出 T282 型 两 轴 式柴 油 电 力 交 流 传 动 的 运 输 汽 车 ， 其 有 效 载 质 量 为 327t。 图 4 为 湘 电 集 团研 制 SF33900 型 220t 电 动 轮 汽 车 ，

16、图 5 为 利 勃 海 尔 公 司 生 产 T282 型 327t电 动 轮 汽 车 。矿 用 电 机 车 。 目 前 国 外 露 天 采 矿 场 使 用 电 机 车 运 输 的 国 家 主 要 是 原 独联 体 的 一 些 国 家 ， 这 些 国 家 深 凹 露 天 矿 电 机 车 一 般 是 直 流 电 机 或 交 流 电机 驱 动 的 联 动 机 组 ， 粘 重 一 般 为 300t 以 上 ， 最 大 粘 重 为 480t。 国 内 电机 车 一 般 为 直 流 电 机 驱 动 ， 粘 重 一 般 为 150t。 2001 年 湘 潭 电 机 厂 为 攀 钢矿 业 公 司 生 产 了

17、1 台 粘 重 224t 电 机 车 ， 目 前 运 行 情 况 良 好 ， 图 6 为 湘 电集 团 生 产 的 粘 重 224t 电 机 车 。大 倾 角 运 输 机 。 大 倾 角 运 输 技 术 在 露 天 矿 山 运 输 中 具 有 明 显 的 优 越 性 。美 国 、 前 苏 联 、 瑞 典 、 德 国 及 英 国 等 都 进 行 了 这 方 面 的 研 究 ， 如 美 国 大 陆公 司 研 制 了 由 2 条 胶 带 组 成 的 夹 持 式 大 倾 角 运 输 机 ， 瑞 典 斯 维 特 拉 公 司 研制 了 带 横 隔 板 的 波 浪 挡 边 大 倾 角 运 输 机 和 由 2

18、 条 胶 带 牵 引 的 袋 式 大 倾 角 运输 机 ， 英 国 休 伍 德 公 司 研 制 了 链 板 与 胶 带 组 合 的 大 倾 角 运 输 机 等 。 这 些 运输 机 都 实 现 了 大 于 30的 大 倾 角 连 续 运 输 。 前 南 斯 拉 夫 麦 依 丹 佩 克 铜 矿 因采 用 了 大 陆 公 司 的 大 倾 角 运 输 系 统 ， 使 采 场 内 的 汽 车 用 量 减 少 2/3， 运 距 缩短 4km， 其 中 35km 是 连 续 陡 坡 ， 大 幅 度 降 低 了 运 输 成 本 ， 每 年 可 节 省 1200万 美 元 。 但 这 些 大 倾 角 运 输

19、机 在 黑 色 金 属 矿 山 的 应 用 实 例 很 少 。 马 鞍 山 矿山 研 究 院 与 澳 大 利 亚 西 澳 矿 业 学 院 合 作 ， 开 展 了 具 有 自 己 特 色 的 大 倾 角 运输 技 术 的 研 究 工 作 ， 建 成 一 座 6m 多 高 的 试 验 模 型 机 ， 取 得 了 很 好 的 效 果 。辅助设备推 土 机 的 推 土 板 容 积 加 大 。 小 松 公 司 推 出 的 标 准 推 土 犁 板 的 容 积 为34.4m3， 而 新 型 45m3超 级 犁 板 可 提 高 推 土 效 率 达 15%。露 天 矿 山 发 展 趋 势 展 望从 我 国 矿

20、山 现 状 来 看 ， 已 经 到 来 的 21 世 纪 主 要 还 是 老 矿 山 的 扩 建 和 技 术改 造 ， 由 于 我 国 露 天 矿 山 大 部 分 已 进 入 凹 陷 或 深 凹 开 采 ， 矿 山 规 模 也 不 大 。虽 然 我 国 矿 山 的 采 装 设 备 与 世 界 矿 山 大 型 露 天 矿 山 比 较 规 格 较 小 ， 劳 动 生产 率 偏 低 ， 但 要 通 过 大 批 淘 汰 已 有 的 设 备 ， 向 大 型 化 发 展 也 是 不 现 实 的 。以 高 技 术 、 新 工 艺 、 新 材 料 、 大 型 设 备 来 装 备 矿 山 是 我 国 露 天 矿

21、 山 发 展的 大 趋 势 。 露 天 矿 采 矿 设 备 的 主 要 发 展 方 向 是 研 制 采 用 先 进 技 术 特 别 是 电子 控 制 系 统 、 更 加 灵 巧 可 靠 、 造 价 较 低 的 设 备 。 自 控 技 术 、 传 感 技 术 、 计算 机 技 术 等 高 新 技 术 应 用 于 大 型 设 备 、 成 套 设 备 来 控 制 、 监 测 、 管 理 矿 山生 产 已 成 必 然 。 同 时 ， 一 些 虽 算 不 上 高 新 技 术 ， 但 却 很 适 用 的 、 能 给 矿 山带 来 更 好 效 益 的 技 术 也 将 会 受 到 矿 山 的 欢 迎 。总 体

22、 来 看 ， 我 国 采 矿 技 术 已 经 接 近 或 达 到 了 国 际 先 进 水 平 。 差 距 主 要 体现 在 设 备 方 面 ， 这 是 制 约 我 国 采 矿 进 步 的 关 键 技 术 因 素 。 缩 小 这 方 面 的 差距 ， 一 方 面 要 通 过 “引 进 、 消 化 、 吸 收 、 创 新 、 提 高 ”来 发 展 我 国 的 矿 山设 备 ； 另 一 方 面 ， 要 加 大 科 技 投 入 ， 加 强 技 术 创 新 ， 努 力 创 造 具 有 自 主 知识 产 权 的 新 设 备 、 新 产 品 ， 着 力 于 自 身 创 新 能 力 的 增 强 ， 充 分 利

23、 用 后 发 优势 ， 实 现 矿 山 行 业 跨 越 式 发 展 。科 学 技 术 是 第 一 生 产 力 ， 以 高 新 技 术 为 基 础 ， 以 技 术 创 新 、 管 理 创 新 、制 度 创 新 为 手 段 ， 推 动 矿 山 科 技 进 步 ， 是 矿 山 企 业 持 续 发 展 的 基 础 。 随 着全 球 工 业 化 和 经 济 一 体 化 的 发 展 ， 采 矿 技 术 的 发 展 不 断 趋 向 生 产 工 艺 简 单化 ， 生 产 过 程 连 续 化 ， 采 矿 作 业 集 中 化 ， 采 矿 设 备 大 型 化 ， 以 致 作 业 过 程 的数 字 化 、 智 能 化

24、 与 无 人 化 。 我 们 一 方 面 要 顺 应 这 种 科 技 发 展 趋 势 ， 大 力 发 展新 技 术 、 新 工 艺 、 新 设 备 、 新 材 料 。 同 时 ， 要 努 力 研 发 一 些 简 单 、 适 用 、 有效 的 实 用 技 术 ， 并 加 以 推 广 应 用 ， 保 证 矿 山 企 业 的 快 速 、 持 续 、 健 康 的 发展 。信 息 技 术 为 我 国 露 天 矿 山 带 来 了 新 的 机 遇 和 挑 战 。 如 果 将 矿 山 企 业 信息 化 改 造 与 生 产 技 术 的 改 造 相 结 合 ， 将 信 息 技 术 直 接 嵌 人 采 矿 生 产 工 艺 中 ，对 传 统 的 采 矿 业 在 管 理 模 式 、 组 织 结 构 、 采 矿 工 艺 、 决 策 方 式 等 方 面 进 行改 革 ， 就 有 可 能 在 未 来 不 久 的 时 间 内 ， 实 现 我 国 矿 产 资 源 开 采 利 用 的 跨 越式 发 展 。